열전에너지 수확 의류를 위한 인체 표면 온도 분포의 기초적 고찰
A study on skin temperature distribution of the human body as fundamental data for developing heat energy harvesting clothing
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초록
유비쿼터스 헬스케어 기술 및 휴대용 전자기기의 발전은 지속적으로 전원을 공급하기 위한 새로운 에너지원을 요구하고 있으며, 이러한 점에서 의류를 통한 인체 에너지 수확 시스템의 연구가 요청되고 있다. 인체 에너지를 수확하는 방식의 하나인 열전은 인체와 주위 환경간의 온도차이로부터 에너지를 수확하는 방식으로, 본 연구에서 의복을 통한 열전에너지 수확의 기초자료를 확보하기 위하여 인체표면 온도의 분포를 실증적으로 고찰하였다. 이를 위해 체표 구간을 설정하고 구간별 온도분포를 분석하였다. 분석 결과, 상체의 체표온도가 하체에 비해 높았고 특히 심장과 가깝고 혈류량이 많은 몸통 부위의 체표온도가 높았다. 뒷목과 등, 허리의 후면 부위 체표온도가 앞면에 비해 높았으며, 팔 부위의 경우 위쪽 부위의 체표온도가 아래쪽 부위보다 높고 팔 후면이 정면과 측면에 비해 온도가 낮게 나타났다. 체표 구간별 평균 온도와 환경온 간의 차이값이 가장 높아 열전 수확 기능구조 설치에 가장 적합한 위치는 뒷목 부위로 나타났고, 등과 허리 부위, 측면 어깨 부위, 가슴 부위, 정면 위팔 부위, 배 부위가 그 뒤를 이었다. 이러한 인체표면 온도분포 결과를 토대로, 본 연구에서는 열에너지 수확의류 개발을 위한 기본 지침을 도출하였다.
Abstract
The development of ubiquitous healthcare technology and portable electronic devices requires new energy sources for providing continuous power supply. This study particularly focuses on an energy harvesting system capable of charging energy using clothing. One of the sources for energy harvesting is heat energy, which is the difference in temperature of the body and the surrounding environment. In this study, the skin temperature distribution of the human body was empirically measured to determine the basic materials needed to develop heat energy harvesting clothing. The distribution of skin temperature in different sections of the human body was analyzed. The analysis found that the skin temperature of the upper body was higher than that of the lower body. The area close to the heart with a lot of blood flow was especially high. The skin temperature of the back side of the body, such as the back of the neck, upper back, and waist, was higher than that of the front side of the body. As for the arms, the skin temperature of the upper arms was higher than that of the lower arms, and the skin temperature of the back side of the arms was lower than that of the front and the flank side of the arms. The difference in the average skin temperature and the environment temperature was highest at the back of the neck, and thereby is considered to be the most appropriate section to integrate the heat energy harvesting function and structure. The following sections had the next highest difference in values, listed in descending order: the back of the waist, the sides of shoulders, the front chest area, the front side of the upper arms, and the front abdomen. Based on the skin temperatures of the different sections of the human body, this study outlines the basic guidelines for developing heat energy harvesting clothing.
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